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在能源与动力工程领域，1000MW超临界汽轮机作为高效发电的核心设备，其性能优化一直是研究热点。本次仿真针对1000MW超临界汽轮机主调阀系统内的蒸汽流动和噪声辐射进行了计算分析，揭示了其内部流动的奥秘及噪声产生的根源。1. 分析方法：高精度的数值模拟1) 几何模型建立：研究团队首先利用UG平台，建立了某1000MW超临界机组主调阀系统的全三维实体几何模型。这一模型精准地还原了主汽阀和调节阀的复杂结构，为后续的计算分析提供了坚实的基础。 图1 主调阀系统的几何模型（a）和流道计算网格（b）2) 网格生成：接着，他们应用ICEM软件平台对蒸汽流道进行了网格划分。为了确保计算结果的精确性和可靠性，对关键区域进行网格加密处理。3) 数值模拟：采用实际的进出口边界条件和蒸汽物性参数（基于IAPWS-IF97），对阀门蒸汽流道中的湍流流场进行了数值计算，得到流场中的各项参数分布。4) 噪声分析：在主调阀内蒸汽流场气动噪声分析中，研究团队采用了基于FW-H方程的剪切流噪声模型。以湍流流场计算结果作为输入条件，结合半经验公式和Lighthill声学模型求解三维波数方程，从而得到了流场中气动噪声源幅度的分布。2.仿真结果：压力损失与噪声辐射的双重揭示1) 流动特性：主调阀系统内的总压损达1.38%，其中主汽阀的损失为0.47%，占总损失的34%；调节阀的损失为0.91%，占总损失的66%。这表明压力损失主要是在具有高速蒸汽流动的调节阀流道中产生的。此外，湍动能最大分布在两个阀的喉口部分，这是由于流体从阀腔室进入阀喉部时，通流面积迅速减小，蒸汽流速大大升高且垂直主流方向的速度梯度变化比较剧烈所导致的。 图2 主调阀X＝0和Z＝0截面上速度分布（a）和压力分布（b） 图3 主调阀X＝0和Z＝0截面上的湍动能分布2) 噪声特性：主汽阀和调节阀的喉口位置和阀腔流动死区等位置处的涡量很强，从而成为主要的气动噪声辐射源。从主汽阀进口流道流入阀腔内的蒸汽流由于流道形状变化很大在入口角落产生较强的漩涡；其次在阀门喉部，流体沿圆周方向流入扩压段，高速汽流相互冲撞混合，大部分汽流进入扩压段，少部分汽流流向阀杆内凹腔，形成漩涡；此外在调节阀内，流体从调节阀喉部沿圆周方向射流，并在出口管道中心线处相互冲撞混合，有很强的漩涡产生。 图4 主调阀X＝0和Z＝-0.05截面上的涡量和噪声源辐射分布3. 总结本研究不仅揭示了1000MW超临界汽轮机主调阀系统内的蒸汽流动特性和噪声辐射规律，还为后续的优化设计提供了有力依据。通过深入了解主调阀内的流动损失和噪声辐射机制，科研团队可以进一步优化阀门结构，降低压力损失，减少噪声辐射，从而提高机组的整体性能和经济性。来源：懿朵科技